[發(fā)明專利]一種磁懸浮演示儀器及其建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910652740.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN110415589A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳海忠;劉波;王海峰;張杜俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇理工學(xué)院
• 主分類號(hào): G09B23/18
• 分類號(hào): G09B23/18;G06F17/50;H02N15/00
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

1.一種磁懸浮演示儀器，其特征在于，包括：

環(huán)形永久磁鐵(1)，所述環(huán)形永久磁鐵(1)的內(nèi)環(huán)配置多個(gè)電磁線圈(2)；

磁性浮子，所述磁性浮子懸浮于多個(gè)所述電磁線圈(2)的上方；

磁場(chǎng)檢測(cè)模塊，用于將磁場(chǎng)變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，所述磁場(chǎng)檢測(cè)模塊包括至少三個(gè)磁場(chǎng)傳感器(3)，三個(gè)所述磁場(chǎng)傳感器(3)分別對(duì)應(yīng)X、Y和Z軸三個(gè)方向；

微處理器(4)，用于將所述電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流控制信號(hào)以控制驅(qū)動(dòng)電路(5)；

驅(qū)動(dòng)電路(5)，用于驅(qū)動(dòng)所述電磁線圈(2)來改變電磁場(chǎng)使所述磁性浮子懸浮。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮演示儀器，其特征在于，還包括電壓轉(zhuǎn)換電路，用于將所述電壓信號(hào)調(diào)節(jié)到所述微處理器(4)的額定工作電壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磁懸浮演示儀器，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路由第一運(yùn)算放大器(7)、第二運(yùn)算放大器(8)和第三運(yùn)算放大器組成(9)，所述第一運(yùn)算放大器(7)、第二運(yùn)算放大器(8)和第三運(yùn)算放大器(9)的輸入端分別連接三個(gè)所述磁場(chǎng)傳感器(3)的輸出端，所述第一運(yùn)算放大器(7)、第二運(yùn)算放大器(8)和第三運(yùn)算放大器(9)的輸出端分別連接微處理器(4)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮演示儀器，其特征在于，所述微處理器(4)包括AD轉(zhuǎn)換電路和CPU，所述AD轉(zhuǎn)換電路將所述電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，所述CPU將所述數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流控制信號(hào)，所述電流控制信號(hào)控制所述驅(qū)動(dòng)電路(5)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮演示儀器，其特征在于，所述微處理器(4)的CPU型號(hào)為STM32，所述CPU的A0引腳連接驅(qū)動(dòng)電路(5)的IN4引腳，所述微處理器(4)的A1引腳連接驅(qū)動(dòng)電路(5)的IN3引腳，所述微處理器(4)的A2引腳連接驅(qū)動(dòng)電路(5)的IN2引腳，所述微處理器(4)的A3引腳連接驅(qū)動(dòng)電路(5)的IN1引腳。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮演示儀器，其特征在于，所述電磁線圈(2)為四個(gè)，所述驅(qū)動(dòng)電路(5)的四個(gè)輸出端口OUT1、OUT2、OUT3和OUT4分別連接四個(gè)所述電磁線圈(2)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮演示儀器，其特征在于，所述磁場(chǎng)傳感器(3)為OH49E。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮演示儀器，其特征在于，還包括下載器(6)，下載器(6)的SWCLK端腳連接微處理器(4)的SWCLK端，下載器(6)的SWDIO端連接微處理器(4)的SWDIO端，下載器(6)的GND端連接微處理器(4)的GND端。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的一種磁懸浮演示儀器的磁性浮子的建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

根據(jù)力學(xué)理論，建立磁性浮子動(dòng)力學(xué)模型，

根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式建立電磁力方程，

采用滑模結(jié)構(gòu)算法實(shí)現(xiàn)磁性浮子的控制。